CN117238043A - 生物体认证装置 - Google Patents
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Abstract
课题在于，提供能够凭借直觉掌握手或手指等认证对象的位置的生物体认证装置。解决手段在于，本发明的生物体认证装置(100)具有：导光层(130)，形成有用于使表现生物体的图案的空中像(P1)显示在高度(D)处的光扩散部(136)；光源(110)，向导光层(130)照射光；偏振分束器(150)，配置在导光层(130)的上表面侧；逆反射层(140)，配置在导光层(130)的底面侧；以及摄像机(160)，经由形成于逆反射层(140)的开口(142)对与空中像(P1)重叠的生物体进行摄像，生物体认证装置(100)基于由摄像机(160)摄像的图像进行生物体认证。
Description
技术领域
本发明涉及具备利用逆反射在空中显示影像的功能的生物体认证装置。
背景技术
已知利用逆反射的空中显示(Aerial Imaging by Retro-Reflection：AIRR)。例如，专利文献1的显示装置为了能够从更广的角度观察在空中形成的像，而使用2个逆反射部件，并将其一个逆反射部件配置在光源的出射轴上。专利文献2的显示装置为了易于调整图像的成像位置，而将半反射镜、逆反射部件及图像输出装置分别平行配置。专利文献3的显示装置为了抑制图像的视觉辨认性的降低，而减少光透射相位差部件(λ/4板)的次数。专利文献4的显示装置为了实现装置的薄型化，而将显示器及逆反射部件相对于分束器平行配置，并在显示器上配置偏转光学元件。
在先技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2017-107165号公报
专利文献2：日本特开2018-81138号公报
专利文献3：日本特开2019-66833号公报
专利文献4：日本特开2019-101055号公报
发明内容
发明所要解决的课题：
在各种电子设备和电子系统中，利用指纹或静脉等生物体进行本人认证的技术不断发展。例如，在手掌的静脉认证中，将手放在透明的亚克力板的表面上，在该状态下由相机从亚克力板的背面侧对手掌的静脉进行摄像，基于摄像的图像来认证是否为本人。
以往的生物体认证的主流是使手与亚克力板接触的接触类型，但另一方面，也在推进生物体认证的非接触化。在接触类型中，由于将手放在亚克力板上，因此能够由相机稳定地对静脉进行摄影，但如果采用非接触方式，则手的高度在空中不稳定，存在相机不对焦或者对焦耗费时间(耗费工夫)等课题。
因此，例如，提出了利用照明的颜色来表现手的适当位置的提案。在图1中表示搭载了这样的功能的生物体认证装置的概略构成。如图1的(A)所示，在认证装置10的表面或者内部将手的影像P点亮，用户在空中将手掌H伸向空中以对准影像P的位置，其后，由生物体认证装置10的内置相机对手掌H进行摄像。
图1的(B)是表示生物体认证装置10的内部构成的框图。生物体认证装置10包括：计测距手掌H的距离的传感器20、利用与计测的距离相应的颜色将影像P照明的照明部30、对手掌H进行摄像的相机40、以及对各部分进行控制的控制部50。
如图1的(C)所示，在手掌H接近于生物体认证装置10时(其中，高度D1比相机40的焦距大)，控制部50通过照明部30使影像P以蓝色点亮，通知手掌H相对于适当的位置过于偏离。如图1的(D)所示，如果距手掌H的高度D2成为适当的位置(与焦距大致一致)，则控制部50通过照明部30使影像P以绿色点亮，向用户通知手掌H处于正确的高度。此时，相机40对手掌H进行摄像。如图1的(E)所示，在距手掌H的高度D3过近的情况下，控制部50使影像P以红色点亮，向用户通知手掌H过近。
像这样，以往的生物体认证装置虽然能够通过改变将影像P点亮的颜色来向用户通知手的高度是否适当，但用户无法凭借直觉知晓适当的手的高度，因此依然必须进行一边确认影像P的点亮颜色一边调整手掌H的高度等操作，是麻烦的。
本发明的目的在于，解决这样的现有的课题，提供能够凭借直觉掌握手或手指等认证对象的位置的生物体认证装置。
用于解决课题的手段：
本发明所涉及的生物体认证装置具备利用逆反射来显示空中像的功能，具有：导光层，形成有用于空中像的图案；光源，向所述导光层照射光；偏振分束器，配置在所述导光层的一个主面侧；逆反射层，配置在所述导光层的与所述一个主面对置的另一个主面侧；以及摄像部，经由形成于所述逆反射层的开口对显示空中像的区域附近的生物体进行摄像，所述生物体认证装置基于由所述摄像部摄像的图像进行生物体认证。
在某方式中，在与所述开口匹配的位置，设置偏振方向与所述偏振分束器不同的偏振滤光器。在某方式中，所述偏振滤光器的偏振方向与所述偏振分束器的偏振方向正交。在某方式中，所述摄像部在所述光源熄灭的时间中对生物体进行摄像。在某方式中，所述空中像的显示与所述摄像部的摄像被分时控制。在某方式中，所述摄像部包括红外线相机，在与所述开口匹配的位置设置有对可见光进行屏蔽的可见光滤光器。在某方式中，所述空中像被生成在相对于所述偏振分束器的面而与所述图案对称的位置，所述摄像部的焦点被对准所述空中像的位置。在某方式中，生物体认证装置还包括：输出部，向用户通知摄像部的摄像已结束。在某方式中，所述生物体是指纹或者静脉。
发明效果：
根据本发明，显示空中像以将生物体引导至应该被置于空中的位置，并针对放置于该位置的生物体进行摄像，因此用户能够凭借直觉识别放置生物体的位置，能够消除基于非接触方式的生物体认证的麻烦。
附图说明
图1是说明以往的生物体认证装置的概略构成的图。
图2的(A)是本发明的第1实施例所涉及的生物体认证装置的外观立体图，图2的(B)是其侧视图。
图3是图2所示的生物体认证装置的以X-X线截断的概略截面图。
图4是本发明的第2实施例所涉及的生物体认证装置的概略截面图。
图5是表示本发明的第3实施例所涉及的生物体认证装置的电气构成的框图。
图6是表示本发明的第5实施例所涉及的生物体认证装置的电气构成的框图。
附图标记说明：
100、100A、100B、100C：生物体认证装置
110：光源
120：偏振滤光器
130：导光层
136：光扩散部
140：逆反射层
150：偏振分束器
160：摄像机
170：偏振滤光器
P1：空中像
具体实施方式
接下来，说明本发明的实施方式。本发明的生物体认证装置涉及具备即使不穿戴特殊的眼镜等也在3维空间内显示空中像的功能的薄型空中影像认证装置。用户将生物体放于通过空中像引导的位置，由摄像机对该位置的生物体进行摄像，并进行生物体认证。此外应该注意的是，以下的实施例的说明中参照的附图包括为了使发明容易理解而夸大或者强调的部分，而并不原样表现实际的产品的形状或比例。
[实施例]
接下来，详细说明本发明的实施例。图2的(A)是本发明的第1实施例所涉及的生物体认证装置的概略立体图，图2的(B)是其侧视图。本实施例的生物体认证装置100在距外壳等壳体的表面为高度D的位置显示空中像P1。用户放置手掌H以对准高度D的空中像P1，由内置的摄像机对高度D的手掌H进行摄像，并进行本人认证。用户通过对空中像P1进行视觉辨认，能够凭借直觉放置手掌H。高度D是能够由摄像机对手掌H清楚地进行摄像的距离。要认证的生物体不特别限定，例如是手掌、手指等的指纹、静脉等。
图3是表示图2的(A)所示的生物体认证装置100的X-X线的构成的概略截面图。如该图所示，生物体认证装置100构成为包括光源110、偏振滤光器120、导光层130、逆反射层140、偏振分束器150、摄像机160。
光源110配置在导光层130的侧部132的附近，将具有一定的出射角(或者辐射角)的光朝向导光层130出射，均一地照射导光层130内。光源110不特别限定，例如能够使用如发光二极管或激光二极管那样的发光元件。另外，发光元件的数量不特别限定。
在光源110与导光层130的入射面(侧部)132之间设置有偏振滤光器120。偏振滤光器120例如是偏振薄膜或者DBEF(反射型偏振元件)，将从光源110发出的光变换为某偏振状态(例如直线偏振光)。偏振滤光器120在从光源110发出的光无偏振的情况下特别有用，而在从光源110发出的光有偏振的情况下也可以省略。
导光层130是具备平坦的上表面、平坦的底面以及将上表面与底面连接的侧面的板状或者薄膜状的透明光学部件。导光层130的平面形状不特别限定，例如是矩形。导光层130能够使用公知的材料，例如由玻璃、亚克力制的塑料、聚碳酸酯树脂或者环烯类树脂等构成。
在导光层130的底部或者底面134，形成有用于使光在垂直方向上扩散或者散射的光扩散部136。光扩散部136生成空中像P1的图案(原图像)，在本例中，光扩散部136生成作为要认证的生物体的手掌的图案。例如通过针对导光层130的底面利用激光加工或打印来加工点图案等微细构造，来形成光扩散部136。
在导光层130的底面侧形成有逆反射层140。逆反射层140是将光向与入射光相同的方向反射的光学部件，其构成不特别限定，例如由三棱锥型逆反射元件、全立体角型逆反射元件等棱镜型逆反射元件或珠型逆反射元件构成。也可以使保护薄膜或相位差薄膜(例如λ/4薄膜)等介于导光层130与逆反射层140之间。
在导光层130的上表面侧配置有偏振分束器150。偏振分束器150是使入射的光的一部分透射而一部分反射的光学元件，是将入射光分割为p偏振成分和s偏振成分的偏振分离元件。例如，偏振分束器150使某偏振状态的光的一部分透射而一部分反射。
从导光层130的侧部132入射的光L1例如一边在导光层130的上表面及底面发生全反射一边在内部行进，其一部分的光L2通过光扩散部136在垂直方向上扩散并散射，该扩散并散射后的光L2透射导光层130的上表面，并被偏振分束器150反射。被偏振分束器150反射后的光的一部分L3被逆反射层140向与入射光相同的方向反射，被逆反射层140反射后的光L4的一部分透射偏振分束器150，并生成空中像P1。空中像P1是使由光扩散部136生成的图案(原图像)以原本的姿态浮在空中的像，空中像P1被生成在距偏振分束器150为高度D的位置，高度D是相对于偏振分束器150的面而与光扩散部136对称的位置。
本实施例的生物体认证装置100除了在高度D的位置显示空中像P1的功能之外，如图2所示，还具备对被重叠在空中像P1的高度处的用户的手掌H进行摄像的功能。为了得到摄像功能，在逆反射层140形成有贯通的开口142，摄像机160经由开口142对手掌H进行摄像。开口142的位置、大小被选择为能够由摄像机160对手掌H的整体进行摄像。另外，摄像机160的焦点被调整为空中像P1的高度D的附近。例如，如果空中像P1的高度为D，则摄像机160的焦距F被调整为F≈2D。
在用户的手掌H以与空中像P1重叠的方式被置于空中时，摄像机160对手掌H进行摄像。摄像的定时不特别限定，例如既可以从显示空中像P1起在一定期间内自动地摄像，或者也可以由用户赋予由摄像机160进行摄像的指示，或者在生物体认证装置搭载有距离传感器或者接近传感器等的情况下，也可以响应于传感器检测出生物体的情况而由摄像机160进行摄像。由摄像机160摄像的图像数据被用于用户的本人认证。
像这样，根据本实施例，在空中显示出表现要进行生物体认证的图案的空中像P1，并引导生物体的放置位置，因此用户能够凭借直觉将手掌或手指等生物体置于空中像P1的高度D。
接下来，说明本发明的第2实施例。图4是本发明的第2实施例所涉及的生物体认证装置100A的概略截面图，针对与第1实施例相同的构成附加相同的参照标号。
如第1实施例中说明的那样，摄像机160经由开口142对手掌H进行摄像，但被偏振分束器150反射的光的一部分L5经由开口142而成为杂光被取入至摄像机160。如果该杂光被取入，则SN比降低，图像数据受到不良影响，生物体认证的精度降低。
于是，在第2实施例中，使偏振滤光器170介于开口142与摄像机160之间，使得来自偏振分束器150的反射光L5不被取入至摄像机160。偏振滤光器170具有抑制来自偏振分束器150的反射光L5的透射的偏振状态。例如，偏振滤光器170的偏振方向与偏振分束器150的偏振方向不同，例如，偏振滤光器170的偏振方向与偏振分束器150的偏振方向正交。由此，使得来自偏振分束器150的无用的反射光L5不被取入至摄像机160，防止由摄像机160摄像的生物体的图像数据的品质降低。
接下来，说明本发明的第3实施例。图5的(A)是表示第3实施例所涉及的生物体认证装置100B的电气构成的框图。生物体认证装置100B构成为包括：对光源110进行驱动的光源驱动部200、对空中像P1附近的生物体进行摄像的摄像机210(图3、图4的摄像机160)、以及对各部分进行控制的控制部220。
在第3实施例中，控制部220如图5的(B)所示，通过光源驱动部200使光源110以一定周期反复点亮和熄灭，在光源110熄灭的期间中，使摄像机200对生物体进行摄像。例如，在时刻t1与时刻t2之间使光源110熄灭的期间，使摄像机210对生物体进行摄像。
像这样，通过对空中像P1的显示与摄像机的摄像进行分时控制，在不产生来自偏振分束器150的反射光L5的期间中对生物体进行摄像，能够防止杂光被取入至摄像的图像数据中。此外，在第3实施例中，不一定需要第2实施例中使用的偏振滤光器170，但也可以加入偏振滤光器170。
接下来，说明本发明的第4实施例。在第4实施例中，在为了对手掌等的静脉等进行摄像而使用红外线相机的情况下，与第2实施例中使用的偏振滤光器170一起或者替代偏振滤光器170而使用可见光滤光器。可见光滤光器截断可见光，抑制可见光进入红外线相机，而使可见光以外的波长的红外线等透射。
根据本实施例，通过在与开口142匹配的位置加入可见光滤光器来防止可见光向红外线相机映入，通过截断可见光噪声来提高红外图像数据的S/N，能够提高生物体认证精度。
接下来，说明本发明的第5实施例。本实施例的生物体认证装置100C如图6所示，除了图5的构成之外，还包括对生物体的接近或者距离进行检测的传感器230、以及输出部240。控制部220响应于由传感器230检测出生物体接近于空中像P1的高度D的情况，使摄像机210对生物体进行摄像。然后，响应于摄像机210对生物体的摄像结束的情况，从输出部240输出表现摄像结束的声音(例如蜂鸣音)。由此，用户能够知晓用于生物体认证的摄像已进行，能够使手掌H返回原位置。
另外，作为其他方式，控制部220为了向用户通知摄像机210的摄像结束，也可以通过光源驱动部200使光源110闪烁，或者以与通常不同的明亮度或颜色使光源110点亮。例如也可以设为，在催促用于生物体的摄像的情况下，使空中像P1以蓝色显示，而在摄像结束时，使空中像P1以绿色显示。
本实施例的生物体认证装置能够适用于各种设备的用户输入，例如能够适用于计算机装置、车载用电子设备、银行等的ATM、车站等的购票机、电梯的输入按钮等。
以上详述了本发明的优选实施方式，但本发明不限定于特定的实施方式，在权利要求书记载的发明的主旨的范围中，能够进行各种变形、变更。
Claims (9)
1.一种生物体认证装置，具备利用逆反射来显示空中像的功能，其中，具有：
导光层，形成有用于空中像的图案；
光源，向所述导光层照射光；
偏振分束器，配置在所述导光层的一个主面侧；
逆反射层，配置在所述导光层的与所述一个主面对置的另一个主面侧；以及
摄像部，经由形成于所述逆反射层的开口对显示空中像的区域附近的生物体进行摄像，
所述生物体认证装置基于由所述摄像部摄像的图像进行生物体认证。
2.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
在与所述开口匹配的位置，设置有偏振方向与所述偏振分束器不同的偏振滤光器。
3.如权利要求2所述的生物体认证装置，其中，
所述偏振滤光器的偏振方向与所述偏振分束器的偏振方向正交。
4.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
所述摄像部在所述光源熄灭的时间对生物体进行摄像。
5.如权利要求4所述的生物体认证装置，其中，
所述空中像的显示与所述摄像部的摄像被分时控制。
6.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
所述摄像部包括红外线相机，在与所述开口匹配的位置设置有对可见光进行屏蔽的可见光滤光器。
7.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
所述空中像被生成在相对于所述偏振分束器的面而与所述图案对称的位置，所述摄像部的焦点被对准所述空中像的位置。
8.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
生物体认证装置还包括：输出部，向用户通知摄像部的摄像已结束。
9.如权利要求1所述的生物体认证装置，其中，
所述生物体是指纹或者静脉。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |